課程：薄膜工程與應用班級：碩延電子姓名 : 林芃寬 (MA230103) 林映汶 (MA130116)

任課老師： 吳文端

薄膜在光感測器的應用

按一下圖示以新增圖片

光檢測器之介紹 光檢測器之製作 光檢測器重要參數之說明 光檢測器之應用

Outline

光檢測器介紹

光檢測器元件的作用：為將所接收之光訊號轉換為電訊號，一般而言，結構上分為 MSM 與 p-i-n 光檢測器兩種。

MSM 光檢測器：利用指狀交叉式金屬電極，藉由縮短電極間距可降低載子暫態時間，提昇操作頻寬，此外由於 MSM光檢測器內部電容值僅為 p-i-n 的 1/4 倍，因此更適於應用在光纖通訊、高速 Chip-to-Chip 連結及高速取樣。

p-i-n 光檢測器：藉由本質層 (I 層 ) 厚度之調整，來達到最佳之量子效率及頻率響應，而 p-i-n 光檢測器之反應速度決定於載子穿越空乏區所需之時間，以及空乏區之電容值( 吸光區厚度 ) 。

光檢測器之製作

1. 以氫氟酸浸洗 25 min 並浸泡於 50℃ 氫氧化銨30 min 以去除原氧化物質，再以丙酮、甲醇與去離子水各別清洗 5 min 。

2. 旋塗正光阻於氮化鎵樣品上兩次分別是 5000 rpm ： 12 秒， 8000 rpm ： 25 秒。

3. 在溫度為 90oC 烤箱內，軟烤 25 分鐘。

4. 使用微影技術，定義出主動區為指狀交叉形(finger) 電極。

5. 透明電極分別經由 DC sputtering 、RF sputtering 和 E-gun 系統，沉積薄膜透明電極氮化鈦 (TiN) 和氧化銦錫 (ITO) 在氮化鎵上。

6. 使用掀除 (lift-off) 技術，以丙酮清洗掉正光阻，完成平面指狀交叉形 (planar-finger)MSM 光檢測器元件。

MSM 光檢測器：

p-i-n 光檢測器：

4. 使用微影技術，定義出欲作為接觸電極區域。

5. 以反應離子蝕刻機 (RIE) 在氯氣(Cl2) 下蝕刻至 n-GaN 區域並鍍上Ti-Al-Ni-Au 作為接觸金屬。

6. 使用微影技術，定義出主動區為交叉指狀形 (finger) 電極，透明電極由 DC sputtering 系統完成。

MIS 光檢測器： 二氧化矽氧化層應用在 MIS 光檢測器上，藉由一層薄薄的氧化層去阻擋暗電流，並以 ITO 作為電極去提高對光的響應。

重要參數之說明 損害電壓 (breakdown voltage) ：高電場穿透介電層

使光二極體失效成為導體行為之電壓。

暗電流 (dark current) ：光二極體操作於暗室及施以逆向偏壓時之漏電流，暗電流會隨溫度、逆向偏壓及主動區增加而增加。

截止波長 λc(wt-of wavelength) ：入射光產生光電流的最小波長。

Egc

24.1

響應度 (responsivity) ：光檢測器的輸出電流對輸入光功率的比值，單位安培／瓦 特（ A/W）。

量子效率：入射光子所產生之電子電洞對與入射光子數的比值。

響應時間：光二極體接收到入射光而產生電流響應所需的時間。

Np

Ne 量子效率 Ne---- 電子電洞

數Np---- 入射光子數

光檢測器之應用

熱電型

量子型

紅外線檢測器

紅外線測距感測器

利用紅外線具有在氣體中傳播時容易衰減的特性，所以當接收端接收到特定波長的紅外線的時候，會根據所接收到紅外線的功率來算出離目標物還有多少距離。

夜間拍攝

利用紅外線發射器發射紅外線，再利用紅外線感測器接收反射回來的紅外線，因此 , 可在黑夜中拍攝影像。

工業上的應用—計件器以電子電路偵測紅外線發射與接收之間的阻隔或反射情形來判斷是否有物體通過。

物體阻隔紅外線 物體反射紅外線

警報系統利用焦電型紅外線感測器，可偵測人體幅射出的紅外線，也有些是利用紅外線發射器與接收器之間的接收狀況，來偵測是否有物體的存在。

感應照明

紫外線檢測器

以用於引擎控制、太陽紫外線監測、光源校正、紫外光天文學、火焰感測器、導彈羽流檢測以及空對空安全通信等應用。這些應用由於其具有高精密性、低功耗及高穩定性等特點，故半導體元件是紫外線感測器的最佳選擇。

光纖感測器是利用光纖，將光源所產生的光波導引至待測區，待測區中物理量，如應力／應變、溫度、折射率…的變化將造成光波特性的變化，分析光波特性的改變，即可推得待測區中物理量之變化。

光纖目前已有廣泛應用於航太、醫學、化學、核電廠管路、石油開採機具、帆船船桅、軌道工程及腐蝕感測等…等各領域。至於工程量測，也有在航太結構的研究，嘗試將光纖埋入機身各部，形成可即時監控的智慧型結構，以增加航空器飛行的安全，或是將光纖鑲埋在橋樑及建築結構體中，作為即時的安全監控系統。

光纖檢測器

圖像檢測器圖像感測器也是採用光電轉換原理﹐它用來攝取平面光學圖像並將其轉換為電子圖像訊號的器件。

第一是將光訊號轉換為電訊號﹔第二是將平面圖象的像素進行點陣取樣。因為圖像檢測器主要用於攝像﹐因此又稱為攝像管。圖像檢測器發展非常迅速﹐從光電攝像管﹑超光電攝像管﹑光導攝像管﹑最新發展的電荷耦合（ CCD）圖像檢測器。

色彩檢測器

色彩感測器主要有三種不同類型，分別為光轉換成光電流、光轉換成類比電壓以及光轉換成數位輸出等，前者僅代表實際光感測器的輸入部分，由於未經處理過的光電流信號相當微弱，因此必須加以放大，以便將它轉換到可使用的位準大小。

在色彩檢測方面，主要有兩種模式 -  反射式與穿透式。

反射式檢測 在進行反射式感測時，色彩感測器會偵測由物體表面所反射的光，這時光源與色彩感測器被安排接近受測目標的表面，由光源，如白熾燈、螢光燈、白光 LED或經調整的 RGB LED模組等發出的光經表面反射，並透過色彩感測器加以測量。

反射的光進入色彩感測器後會產生 R 、 G 、 B 輸出電壓，透過對這三個電壓值進行解析，就能決定偵測到的色彩顏色，由於三個輸出電壓會隨著反射光的強度線性增加，因此色彩感測器也同時測量了物體表面的反射能力。

穿透式檢測 以穿透式模式運作時，感測器被安排在面對光源處，色彩感測器搭配濾光片的光二極體陣列會將進入光信號轉換成 R 、 G 、 B 光電流，接著放大並轉換為類比電壓。

穿透式感測可以用來決定透明介質，例如玻璃或透明塑膠、液體或氣體的顏色，在這類應用中，光會在進入色彩感測器前經過透明介質，因此透明介質的色彩就可以由色彩感測器的電壓來決定。

Thank you for your attention.